КУЛАЧКОВЫЕ МЕХАНИЗМЫ
Кулачковые механизмы предназначены для преобразования движения кулачка в заданное движение толкателя. Кулачковые механизмы позволяют осуществлять движение толкателя практически по любому закону движения. Закон движения ведомого звена (толкателя и коромысла) представляет собой зависимость перемещения толкателя от положения кулачка. Эти механизмы нашли широкое распространение в технике, например, используются в ДВС, гидравлических моторах, приборах др.
Кулачковый механизм является одним из основных элементов механизма газораспределения двигателя внутреннего сгорания (рис.10.1). Распределительный вал двигателя вращает кулачок 2, который через толкатель 3 сообщает колебательное движение коромыслу 4, второй конец коромысла опирается в стержень клапана 5, вызывая попеременное открытие и закрытие клапаном канала для впуска в цилиндр топлива
Рис.10.1. Схема механизма газораспределения двигателя: 1 –кулачок; 2 – толкатель; 3 – коромысло; 5 – стержень клапана; 6 – клапан
Кулачковые механизмы делят на плоские (рис. 10.2 а, б, в, г) и пространственные. По характеру движения кулачка различают механизмы с вращающимися (рис. 10.2 а, б, в, г) и поступательно движущимися кулачками (рис. 10.2 г). Ведомые звенья могут совершать поступательное и качательное движения. В первом случае такое звено называется толкателем (рис. 10.2 а, б), а втором коромыслом (рис. 10.2 в).
По конструкции толкатели кулачковых механизмов изготавливают следующих видов: заостренные (рис. 10.2 а), плоские (тарельчатые) (рис. 10.2 б), грибовидные (рис. 10.2 в) и роликовые толкатели. Роликовые толкатели и коромысла применяют для того, чтобы заменить трение скольжения трением качения и вследствие чего уменьшить износ и потери мощности на трение.
Достоинства и недостатки
Достоинствами кулачковых механизмов являются:
– простота конструкции;
– надежность, компактность;
– относительно высокий кпд;
– возможность осуществления движения ведомого звена практически по любому заданному закону.
К недостаткам следует отнести:
– сравнительно большой износ соприкасающихся поверхностей высшей кинематической пары;
–ограниченность применения при повышенных скоростях, ввиду возникновении больших динамических нагрузок.
Рис.10.2. Виды кулачковых механизмов
Рис.10.3. Типы толкателей кулачковых механизмов
Геометрические характеристики
Профиль кулачка представляет собой замкнутую кривую переменного радиуса кривизны (рис. 10. 4). На профиле кулачка выделяют четыре характерных участка, которые соответствуют четырем фазам движения толкателя – подъем, верхний выстой, опускание, нижний выстой. Угол поворота кулачка, при котором происходит (рис. 10.5):
– подъем толкателя называют углом подъема, обозначается jп,
– верхний выстой толкателя называют углом верхнего выстоя jв.в.;
– опускание толкателя называют углом опускания jо;
– нижний выстой называют углом нижнего выстоя jн.в..
Сумма этих углов составляет
.
Угол 
называется рабочим углом кулачка.
Рассматривая схему механизма газораспределения двигателя ДВСна угле подъема jп клапан (впускной или выпускной) открывается от нуля до максимального значения, на угле верхнего выстоя jв.в клапан полностью открыт, на угле опускания jо клапан закрывается от максимального значения до нуля, на угле нижнего выстоя jн.в. клапан полностью закрыт.
Рис.10.4. Схема кулачкового механизма с роликовым толкателем
Профиль кулачка, по которому перемещается ролик, называют практическим профилем кулачка. Профиль кулачка, по которому перемещается центр ролика, называют теоретическим профилем кулачка (рис. 10.5).
Радиус R0 на профиле кулачка (рис. 10.4), который соответствует углу нижнего выстоя jн.в., называют минимальным радиусом кулачка или радиусом кулачковой шайбы.
Перемещение толкателя обозначается S2. Максимальное перемещение толкателя называется ходом толкателя h=S2max (рис. 10.5).
Рис.10.5. Геометрия кулачкового механизма
Рабочий угол кулачка 
назначается в зависимости от циклограммы работы механизма (рис. 10.6). Циклограммой называют график согласованности работы исполнительных элементов механизма. Например, в четырехтактном двигателе кулачок механизма впускного клапана должен открыть свой клапан раньше на угол a до прихода поршня в нижнюю мертвую точку, и закрыть клапан позже достижения поршнем нижней мертвой точки (НМТ) на угол d (рис. 10.6 и рис. 10.7). Аналогичная работа предусмотрена с механизмом выпускного клапана. Здесь углы a, g,называются углами опережения,углы d, b – углами запаздывания.
В четырехтактном двигателе распределительный (кулачковый) вал вращается в два раза медленнее, чем коленчатый вал, поэтому рабочий угол профиля кулачка равен для впускного клапана
град,
выпускного клапана
град.
В двухтактном двигателе кулачки распределительного вала вращаются с той же скоростью, что и коленчатый вал,, поэтому рабочий угол профиля кулачка равен для впускного клапана
град,
выпускного клапана
град.
Рис.10.6. Циклограмма работы механизма двухцилиндрового четырехтактного двигателя
Рис.10.7. Углы опережения и запаздывания для некоторых марок автомобильных двигателей